专利名称：绝缘复合材料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于一种无机绝缘材料，尤其涉及一种主要有玻璃和云母复合而成的材料，及其应用。
背景技术：
绝缘子是电力传输和电力机车重要的基础元件，根据制造材料的不同可以分为陶瓷绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子。陶瓷绝缘子采用泥浆压制、烧结的陶瓷材料做绝缘体， 应用较早，使用广泛，但是由于其材料内部均质化和表面刚度难以得到保证，正在丧失其主导地位。玻璃绝缘子采用软化温度高、物化性能均质稳定的硼硅酸盐或铝硅酸盐钢化玻璃为绝缘件，具有良好机械性能和优良的耐热温差性能，但是玻璃绝缘子自爆率高。复合绝缘子采用环氧树脂和玻璃纤维作为芯棒，有机硅橡胶作为伞裙护套构成的绝缘子，具有体积小、重量轻、抗污闪、耐老化等特点，在国外应用广泛，大量用于电力传输和电力机车领域， 但是复合绝缘子热膨胀系数高，不耐高低温循环和高温老化。玻璃陶瓷是由微晶云母相和玻璃相组成，具有比普通陶瓷和玻璃更好的机械性强度、可加工性和低的导电性，云母的存在可以阻止裂纹扩展，克服玻璃脆性。玻璃陶瓷兼具玻璃和陶瓷的高强度和耐高温的优点，同时具有良好的韧性，具有较好的绝缘性，特别适合作为绝缘材料用于绝缘子制造。绝缘子的介电损耗主要由绝材料性能决定。玻璃云母绝缘子的介电性能主要受到玻璃和云母性能的影响，普通钠钙玻璃在的介电损耗范围为2X 10_2 5X 10_7MHz，属于损耗较大的材料。云母的介电损耗范围为3X10_4 4X10_4，属于处于较低损耗水平的材料。玻璃对绝缘子介电性能具有较大影响，如中国发明专利申请200810239109. 5公开了一种新型高速电力机车用云母陶瓷绝缘子，其复合材料中采用的是普通低熔点玻璃；又如 中国发明专利ZL200310104932. 2公开了一种利用废玻璃烧结制备可加工氟云母玻璃陶瓷方法，该技术采用的是废旧回收的玻璃作为原料。因此，现有的玻璃云母绝缘材料由于所用玻璃材料的介电损耗较高，进而导致玻璃云母绝缘子的介电损耗亦高，应用中造成绝缘子发热量高，介电损失大。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种绝缘复合材料，采用低介电损耗的玻璃为原料， 与云母复合而成，以显著降低介电损耗。本发明的另一个目的在于提供一种绝缘复合材料的制备方法。本发明的又一个目的在于提供一种绝缘复合材料，作为绝缘材料应用于电力传输、电力机车、高速铁路和城市轨道交通等领域。本发明采用如下的技术方案实现一种绝缘复合材料，包括玻璃和云母，由 40-70wt%玻璃、20-55wt%云母和l_;35wt%氧化铝组成。玻璃是硼硅酸盐玻璃，含有10-60wt%Si02、10_55wt% B203>5-50wt%Ca0,
30-10wt%Zn0、0-10wt%Mg0、0-2wt%Li20、0-2wt%Na20、0-2wt%K20、0-7wt%Ti02、0-8wt%Zr02 禾Π 0-5wt%Mo03。所制得玻璃的介电损耗范围为0. 1-1. OX 10_3/MHzo云母，云母指人工合成云母，人工合成云母指采用化工原料通过化学反应制备的云母，主要包括氟金云母、氟钙云母和氟钡云母等。作为一种示例，本发明绝缘复合材料可以通过如下方法制得
(1)将50-200目本发明所述的玻璃粉和20-100目的云母粉在球磨机中研磨混合，玻璃含量为40-70wt%、云母20-55wt%和氧化铝为l_;35wt% ；
(2)将混合好的玻璃云母粉冷压成型，压力为100-350kg/cm2，400-70(TC煅烧后降温， 粉碎制成10-200目的绝缘复合材料细粉。本发明绝缘复合物还添加了氧化铝，以起到调节热膨胀系数的作用，使得复合材料热膨胀系数更接近金属材料，便于与金属材料一同制作绝缘产品，如绝缘子。所制得的各类绝缘产品应用于电力传输、电力机车、高速铁路和城市轨道交通等领域。本发明绝缘复合材料特别适合制作绝缘子(CN101746^0A)，其由绝缘复合材料与金属嵌件经过热压而成，绝缘子的形状和大小可以根据需要进行设计。绝缘子外表面涂有疏水的有机树脂涂层，有机树脂可以是有机硅树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂之一种或者几种。一种绝缘子的制作方法包括下列过程
(1)将绝缘复合材料在100-350kg/Cm2下冷压成型，加热至400-70(TC，使绝缘复合材料软化，将软化的绝缘复合材料注入到预置有金属嵌件的模具中，再经冷却后，退火成型；
(2)在已经冷却成型的绝缘子的外表面涂覆有机树脂涂层；
(3)加热使得有机树脂涂层固化。本发明所述玻璃云母绝缘子具有耐高温和低介电损耗的特点，抗冲击和耐热震性能良好，适合于电力输送、电力机车、高速铁路、城市地铁等领域户内外应用。本发明所述的绝缘复合材料，采用介电损耗范围为0. 1-1. OX IO-VMHz的玻璃与云母复合而成，显著降低介电损耗。还添加了一定量的金属氧化物——氧化铝，以起到调节热膨胀系数的作用，使得复合材料热膨胀系数更接近金属材料，既能便于与金属材料的加工，还将提高制得的绝缘产品在各种温度环境下的工作稳定性，和抗外界应力作用。
具体实施例方式实施例1
将 60 份 150 目含有 19. 7wt%Si02、27. 5wt% B203>35. 2wt%Ca0、6. lwt%Zn0,6. lwt%MgO、 0. 2wt%Li20、0. 2wt%Na20、0. 2wt%K20、2. 2wt%Ti02、2. 6wt%Zr02 的玻璃、36 份80 目氟金云母和 4份100目氧化铝在球磨机中研磨混合均勻，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在700°C加热12小时，冷却，粉碎，80目过筛，制成绝缘复合材料细粉A，其介电常数为6.5/MHz，介电损耗为4. 3X10-4。实施例2
将 50 份 150 目含有 30. 5wt%Si02、25. 8wt% B203>30. 5wt%Ca0、4. 3wt%Zn0、4. 5wt%Mg0、 0. 4wt%Li20、0. 4wt%Na20、0. 4wt%K20、l. 7wt%Ti02、l. 7wt%Zr02 的玻璃、39 份 80 目氟金云母和11份100目氧化铝在球磨机中研磨混合均勻，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在700°C加热12小时，冷却，粉碎，80目过筛，制成绝缘复合材料细粉B，其介电常数为7.8/MHz，介电损耗为6. 1X10-4。实施例3
将 60 份 150 目含有 27. lwt%Si02、40. 4wt% B2O3>24. 2wt%Ca0、0. 7wt%Zn0、0. 7wt%Mg0、 0. 6wt%Li20、0. 6wt%Na20、0. 3wt%K20、4. 3wt%Mo03、l. lwt%Zr02 的玻璃、36 份 80 目氟金云母和 4份100目氧化铝在球磨机中研磨混合均勻，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在700°C加热12小时，冷却，粉碎，80目过筛，绝缘复合材料细粉C，其介电常数为6.9/MHz，介电损耗为 5. 0X10_4。实施例4
将实施例1中绝缘复合材料细粉A的粉体在220kg/cm2下，冷压成胚，在680°C加热软化后，将其注入到预置金属嵌件的模具中，在3000kg/cm2压力下成型，降温，300°C退火，降至室温，在其外表面涂有机硅树脂，180°C加热，制得绝缘子1。制得的玻璃云母绝缘子具有耐高温和介电损耗低的特点，具有良好的抗冲击性能，可以在电力机车、城市地铁、高速铁路长期使用。实施例5
将实施例3绝缘复合材料细粉C粉体在220kg/cm2下，冷压成胚，在680°C加热软化后， 将其注入到预置金属嵌件的模具中，在3000kg/cm2压力下成型，降温，300°C退火，降至室温，在其外表面涂有机硅树脂，180°C加热，制得绝缘子2。制得的玻璃云母绝缘子具有耐高温和介电损耗低的特点，具有良好的抗冲击性能，可以在电力机车、城市地铁、高速铁路长期使用。
权利要求
1.一种绝缘复合材料，其特征是由40-70wt%玻璃、20-55wt%云母和1_35 丨％氧化铝组成。
2.根据权利要求1所述的绝缘复合材料，其特征是所述玻璃的介电损耗范围为 0. 1-1. OX 10_3/MHZ O
3.根据权利要求1所述的绝缘复合材料，其特征是所述的玻璃含有10-60wt%Si02、 10-55wt% 403、5-50wt%Ca0、0-10wt%Zn0、0-10wt%Mg0、0-2wt%Li20、0-2wt%N￡i20、0-2wt%K20、 0-7wt%Ti02>0-8wt%Zr02 禾口 0_5wt%Mo03。
4.根据权利要求1所述的绝缘复合材料，其特征是通过如下方法制得先将50-200 目的40-70wt%玻璃粉、20-100目的20-55wt%云母粉和l_35wt%氧化铝研磨混合；然后在 100-350kg/cm2压力下冷压成型，于400-700°C煅烧后降温，粉碎制成10-200目的绝缘复合材料细粉。
5.一种权利要求1所述的绝缘复合材料，用于制造绝缘产品。
6.一种权利要求1所述的绝缘复合材料，用于制造电力传输、电力机车、高速铁路和城市轨道交通等领域的绝缘产品。
7.根据权利要求5或6所述的绝缘复合材料的用途，其特征是所述的绝缘产品为绝缘子。
8.根据权利要求7所述的绝缘复合材料的用途，其特征是所述的绝缘子制作方法如下1)将绝缘复合材料在100-350kg/cm2下冷压成型，加热至400-700°C，使绝缘复合材料软化，将软化的绝缘复合材料注入到预置有金属嵌件的模具中，再经冷却后，退火成型；2)在已经冷却成型的绝缘子的外表面涂覆有机树脂涂层；3)加热使得有机树脂涂层固化。
全文摘要
一种绝缘复合材料，由40-70wt%玻璃、20-55wt%云母和1-35wt%氧化铝组成，其中玻璃的介电损耗范围为0.1-1.0×10-3/MHz。本发明所述的绝缘复合材料，显著降低介电损耗，并添加了一定量的金属氧化物——氧化铝，以起到调节热膨胀系数的作用。进而使得复合材料热膨胀系数更接近金属材料，既能便于与金属材料的加工，还将提高制得的绝缘产品在各种温度环境下的工作稳定性，和抗外界应力作用。
文档编号H01B17/00GK102290121SQ20111024596
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者张志浩, 徐黄忠, 曹万荣, 郭海明 申请人:浙江荣泰科技企业有限公司